Über Hypersound vom Spezialisten. Überschallgeschwindigkeit

Über Hypersound vom Spezialisten. Überschallgeschwindigkeit
22.09.2019

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Hyperschallgeschwindigkeit(GS) in der Aerodynamik – Geschwindigkeiten, die die Schallgeschwindigkeit in der Atmosphäre deutlich übersteigen.

Seit den 1970er Jahren wird das Konzept allgemein auf Überschallgeschwindigkeiten über Mach (Mach) 5 bezogen.

allgemeine Informationen

Der Flug mit Überschallgeschwindigkeit ist Teil des Überschallflugregimes und wird in einem Überschallgasstrom durchgeführt. Der Überschallluftstrom unterscheidet sich grundlegend vom Unterschallflug und die Dynamik des Flugzeugflugs bei Geschwindigkeiten über der Schallgeschwindigkeit (über 1,2 M) unterscheidet sich grundlegend vom Unterschallflug (bis zu 0,75 M; der Geschwindigkeitsbereich von 0,75 bis 1,2 M wird transsonische Geschwindigkeit genannt). ).

Die Bestimmung der unteren Grenze der Hyperschallgeschwindigkeit ist normalerweise mit dem Beginn der Ionisations- und Dissoziationsprozesse von Molekülen in der Grenzschicht (BL) in der Nähe des sich in der Atmosphäre bewegenden Fahrzeugs verbunden, die bei etwa 5 m dieser Geschwindigkeit auftreten zeichnet sich auch dadurch aus, dass ein Staustrahltriebwerk („Sramjet“) aufgrund der extrem hohen Reibung, die bei der Verzögerung der strömenden Luft bei diesem Triebwerkstyp entsteht, unbrauchbar wird. Daher ist es im Hyzur Fortsetzung des Fluges möglich, nur ein Raketentriebwerk oder einen Hyperschall-Staustrahltriebwerk (Scramjet) mit Überschalltreibstoffverbrennung zu verwenden.

Strömungseigenschaften

Während die Definition von Hyperschallströmung (HS) aufgrund des Fehlens einer klaren Grenze zwischen Überschall- und Hyperschallströmung recht umstritten ist, kann HS durch bestimmte physikalische Phänomene charakterisiert werden, die bei der Betrachtung nicht länger ignoriert werden können, nämlich:

Dünne Schicht einer Stoßwelle

Wenn die Geschwindigkeit und die entsprechenden Mach-Zahlen zunehmen, nimmt auch die Dichte hinter der Stoßwelle (SW) zu, was aufgrund der Massenerhaltung einer Volumenabnahme hinter dem Stoß entspricht. Daher wird die Stoßwellenschicht, also das Volumen zwischen dem Gerät und der Stoßwelle, bei hohen Machzahlen dünn, wodurch eine dünne Grenzschicht (BL) um das Gerät herum entsteht.

Bildung zäher Schockschichten

Ein Teil der großen kinetischen Energie, die in der Luftströmung enthalten ist, bei M > 3 (viskose Strömung), wird aufgrund der viskosen Wechselwirkung in innere Energie umgewandelt. Eine Erhöhung der inneren Energie wird in einer Temperaturerhöhung realisiert. Da der Druckgradient normal zur Strömung innerhalb der Grenzschicht ungefähr Null ist, führt ein deutlicher Temperaturanstieg bei hohen Mach-Zahlen zu einer Abnahme der Dichte. Dadurch wächst der PS auf der Oberfläche des Fahrzeugs und verschmilzt bei hohen Machzahlen mit einer dünnen Schicht der Stoßwelle in der Nähe des Bugs und bildet eine viskose Stoßschicht.

Das Auftreten von Instabilitätswellen im PS, die für Unter- und Überschallströmungen nicht charakteristisch sind

Hochtemperaturfluss

Durch die Hochgeschwindigkeitsströmung am Frontpunkt der Vorrichtung (Bremspunkt oder -bereich) erhitzt sich das Gas auf sehr hohe Temperaturen (bis zu mehreren tausend Grad). Hohe Temperaturen wiederum erzeugen chemische Ungleichgewichtseigenschaften der Strömung, die in der Dissoziation und Rekombination von Gasmolekülen, der Ionisierung von Atomen, chemische Reaktionen in der Strömung und mit der Oberfläche des Apparates. Unter diesen Bedingungen können die Prozesse der Konvektion und Strahlungswärmeübertragung von Bedeutung sein.

Ähnlichkeitsparameter

Es ist üblich, die Parameter von Gasströmen durch eine Reihe von Ähnlichkeitskriterien zu beschreiben, die es ermöglichen, nahezu unendlich viele physikalische Zustände in Ähnlichkeitsgruppen zu reduzieren und Gasströme mit unterschiedlichen physikalischen Parametern (Druck, Temperatur, Geschwindigkeit) zu vergleichen usw.) miteinander. Auf diesem Prinzip basieren Experimente in Windkanälen und die Übertragung der Ergebnisse dieser Experimente auf reale Flugzeuge, auch wenn bei Röhrenexperimenten Modellgrößen, Strömungsgeschwindigkeiten, thermische Belastungen etc. stark von der Realität abweichen können Flugbedingungen, gleichzeitig entsprechen Ähnlichkeitsparameter (Mach-Zahlen, Reynolds-Zahlen, Stanton-Zahlen usw.) den Flugbedingungen.

Für Trans- und Überschallströmungen oder kompressible Strömungen genügen in den meisten Fällen Parameter wie die Machzahl (das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit zur lokalen Schallgeschwindigkeit) und Reynolds Gesamte Beschreibung Ströme. Für eine Hyperschallströmung reichen diese Parameter oft nicht aus. Erstens werden die Gleichungen, die die Form der Stoßwelle beschreiben, bei Geschwindigkeiten ab 10 M praktisch unabhängig. Zweitens werden durch die erhöhte Temperatur der Hyperschallströmung Effekte im Zusammenhang mit nichtidealen Gasen spürbar.

Die Berücksichtigung der Auswirkungen in einem realen Gas bedeutet, dass eine größere Anzahl von Variablen erforderlich ist, um den Zustand des Gases vollständig zu beschreiben. Wenn ein stationäres Gas vollständig durch drei Größen beschrieben wird: Druck, Temperatur, Wärmekapazität (adiabatischer Index) und ein bewegtes Gas durch vier Variablen beschrieben wird, zu denen auch die Geschwindigkeit gehört, dann erfordert ein heißes Gas im chemischen Gleichgewicht auch Zustandsgleichungen für seine Bestandteile chemische Komponenten, und ein Gas mit Dissoziations- und Ionisationsprozessen muss auch die Zeit als eine der Variablen seines Zustands berücksichtigen. Im Allgemeinen bedeutet dies, dass eine Nichtgleichgewichtsströmung zu jedem beliebigen Zeitpunkt zwischen 10 und 100 Variablen benötigt, um den Zustand des Gases zu beschreiben. Darüber hinaus gehorcht die verdünnte Hyperschallströmung (HF), die üblicherweise mit Knudsen-Zahlen beschrieben wird, nicht den Navier-Stokes-Gleichungen und erfordert deren Modifikation. HP wird normalerweise anhand der Gesamtenergie kategorisiert (oder klassifiziert), ausgedrückt durch Gesamtenthalpie (mJ/kg), Gesamtdruck (kPa) und Stagnationstemperatur (K) oder Geschwindigkeit (km/s).

Ideales Gas

In diesem Fall kann der vorbeiströmende Luftstrom als idealer Gasstrom betrachtet werden. Der GP in diesem Bereich hängt immer noch von Mach-Zahlen ab und die Simulation orientiert sich eher an Temperaturinvarianten als an der adiabatischen Wand, die bei niedrigeren Geschwindigkeiten auftritt. Die untere Grenze dieses Bereichs entspricht Geschwindigkeiten um 5 Mach, bei denen SPV-Strahlen mit Unterschallverbrennung unwirksam werden, und die obere Grenze entspricht Geschwindigkeiten im Bereich von 10–12 Mach.

Ideales Gas mit zwei Temperaturen

Ist Teil des idealen Gasströmungsregimes große Werte Geschwindigkeit, bei der der vorbeiströmende Luftstrom als chemisch ideal angesehen werden kann, die Schwingungstemperatur und die Rotationstemperatur des Gases müssen jedoch getrennt betrachtet werden, was zu zwei getrennten Temperaturmodellen führt. Dies ist von besonderer Bedeutung bei der Konstruktion von Überschalldüsen, bei denen die Schwingungskühlung aufgrund molekularer Anregung wichtig ist.

Dissoziiertes Gas

Dominanzmodus der Strahlungsübertragung

Bei Geschwindigkeiten über 12 km/s beginnt die Wärmeübertragung zum Gerät hauptsächlich durch radiale Übertragung zu erfolgen, die mit zunehmender Geschwindigkeit die thermodynamische Übertragung zu dominieren beginnt. Die Gasmodellierung ist in diesem Fall in zwei Fälle unterteilt:

  • optisch dünn – in diesem Fall wird davon ausgegangen, dass das Gas keine Strahlung reabsorbiert, die von seinen anderen Teilen oder ausgewählten Volumeneinheiten stammt;
  • optisch dick – wobei die Absorption der Strahlung durch das Plasma berücksichtigt wird, die dann wieder emittiert wird, auch auf das Gehäuse des Geräts.

Simulation optisch dicker Gase ist herausfordernde Aufgabe, da aufgrund der Berechnung des Strahlungstransfers an jedem Punkt der Strömung der Berechnungsumfang exponentiell mit der Zunahme der Anzahl der berücksichtigten Punkte zunimmt.

siehe auch

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Anmerkungen

Links

  • Anderson John. Hyperschall- und Hochtemperatur-Gasdynamik, zweite Auflage. – AIAA Education Series, 2006. – ISBN 1563477807.
  • (Englisch) .
  • (Englisch) .
  • (Englisch) .

Auszug zur Charakterisierung der Hyperschallgeschwindigkeit

- Nein, sie sagten mir, ich solle es niederlegen.
„Wird er wirklich gehen und mich in Ruhe lassen, ohne alles zu Ende zu bringen und ohne mir Hilfe zu versprechen?“ dachte Pierre, stand auf und senkte den Kopf, warf gelegentlich einen Blick auf den Freimaurer und begann, durch den Raum zu gehen. „Ja, das habe ich nicht gedacht, aber ich habe ein verabscheuungswürdiges, verdorbenes Leben geführt, aber ich habe es nicht geliebt und wollte es nicht“, dachte Pierre, „aber dieser Mann kennt die Wahrheit, und wenn er wollte, er könnte es mir verraten.“ . Pierre wollte und wagte es nicht, dies dem Maurer zu sagen. Der Vorbeigehende, der seine Sachen mit den üblichen, alten Hasen gepackt hatte, knöpfte seinen Schaffellmantel zu. Nachdem er diese Angelegenheiten erledigt hatte, wandte er sich an Bezukhy und sagte ihm gleichgültig und höflich:
-Wohin wollen Sie jetzt gehen, mein Herr?
„Ich? ... ich fahre nach St. Petersburg“, antwortete Pierre mit kindischer, zögernder Stimme. - Danke schön. Ich stimme dir in allem zu. Aber glaube nicht, dass ich so dumm bin. Ich wünschte von ganzem Herzen, so zu sein, wie du es von mir wolltest; aber ich habe bei niemandem Hilfe gefunden... Allerdings bin ich in erster Linie selbst an allem schuld. Hilf mir, lehre mich und vielleicht werde ich... - Pierre konnte nicht weiter sprechen; er schniefte und wandte sich ab.
Der Maurer schwieg lange und dachte offenbar über etwas nach.
„Hilfe kommt nur von Gott“, sagte er, „aber das Maß an Hilfe, zu dem unser Orden die Macht hat, wird er Ihnen geben, mein Herr.“ Sie fahren nach St. Petersburg, sagen Sie das Graf Villarsky (er holte seine Brieftasche hervor und schrieb ein paar Worte auf ein großes, in vier Teile gefaltetes Blatt Papier). Lassen Sie mich Ihnen einen Rat geben. In der Hauptstadt angekommen, widmen Sie sich zunächst der Einsamkeit, diskutieren über sich selbst und schlagen nicht den alten Lebensweg ein. Dann wünsche ich Ihnen eine glückliche Reise, mein Herr“, sagte er, als er bemerkte, dass sein Diener den Raum betreten hatte, „und viel Erfolg ...
Bei dem Passanten handelte es sich um Osip Alekseevich Bazdeev, wie Pierre aus dem Buch des Hausmeisters erfuhr. Bazdeev war zu Novikovs Zeiten einer der berühmtesten Freimaurer und Martinisten. Lange nach seiner Abreise ging Pierre, ohne zu Bett zu gehen und ohne nach Pferden zu fragen, im Bahnhofsraum umher, dachte über seine lasterhafte Vergangenheit nach und stellte sich mit der Freude der Erneuerung seine glückselige, makellose und tugendhafte Zukunft vor, die ihm so einfach vorkam . Er war, so kam es ihm vor, nur deshalb bösartig, weil er irgendwie versehentlich vergessen hatte, wie gut es war, tugendhaft zu sein. Von den früheren Zweifeln war in seiner Seele keine Spur mehr. Er glaubte fest an die Möglichkeit einer Bruderschaft von Menschen, die vereint waren, um sich gegenseitig auf dem Weg der Tugend zu unterstützen, und so erschien ihm die Freimaurerei.

In St. Petersburg angekommen, benachrichtigte Pierre niemanden über seine Ankunft, ging nirgendwo hin und begann ganze Tage damit zu verbringen, Thomas a à Kempis zu lesen, ein Buch, das ihm von einer unbekannten Person übergeben wurde. Pierre hat beim Lesen dieses Buches eines verstanden; er verstand die noch unbekannte Freude des Glaubens an die Möglichkeit, Vollkommenheit zu erreichen und an die Möglichkeit brüderlicher und aktiver Liebe zwischen Menschen, die ihm Osip Alekseevich eröffnete. Eine Woche nach seiner Ankunft betrat der junge polnische Graf Villarsky, den Pierre oberflächlich aus der Welt von St. Petersburg kannte, abends sein Zimmer mit der offiziellen und feierlichen Miene, mit der Dolochows Stellvertreter sein Zimmer betrat, und schloss die Tür hinter sich und Er vergewisserte sich, dass niemand im Raum war. Außer Pierre war niemand da. Er drehte sich zu ihm um:
„Ich bin mit einem Auftrag und einem Vorschlag zu Ihnen gekommen, Graf“, sagte er ihm, ohne sich zu setzen. – Eine Person, die in unserer Bruderschaft eine sehr hohe Stellung einnimmt, beantragte vorzeitig Ihre Aufnahme in die Bruderschaft und lud mich ein, Ihr Bürge zu sein. Ich halte es für eine heilige Pflicht, den Willen dieser Person zu erfüllen. Möchten Sie auf meine Garantie hin der Bruderschaft der freien Steinmetze beitreten?
Der kalte und strenge Ton des Mannes, den Pierre auf Bällen fast immer mit einem liebenswürdigen Lächeln in Gesellschaft der brillantesten Frauen sah, beeindruckte Pierre.
„Ja, das wünschte ich“, sagte Pierre.
Villarsky senkte den Kopf. „Noch eine Frage, Graf“, sagte er, die ich Ihnen nicht als zukünftigen Freimaurer, sondern als stelle ehrlicher Mann(galant homme) Ich bitte Sie, mir ganz aufrichtig zu antworten: Haben Sie Ihre bisherigen Überzeugungen aufgegeben, glauben Sie an Gott?
Pierre dachte darüber nach. „Ja... ja, ich glaube an Gott“, sagte er.
„In diesem Fall ...“, begann Villarsky, aber Pierre unterbrach ihn. „Ja, ich glaube an Gott“, sagte er noch einmal.
„In diesem Fall können wir gehen“, sagte Villarsky. - Meine Kutsche steht zu Ihren Diensten.
Villarsky schwieg die ganze Zeit. Auf Pierres Fragen, was er tun und wie er antworten sollte, sagte Villarsky nur, dass Brüder, die seiner würdiger seien, ihn auf die Probe stellen würden und dass Pierre nichts weiter brauche, als die Wahrheit zu sagen.
Betreten des Tores großes Haus, wo sich die Hütte befand, und als sie eine dunkle Treppe entlanggingen, betraten sie die beleuchtete, kleiner Flur, wo sie ohne die Hilfe von Dienern ihre Pelzmäntel auszogen. Von der Halle gingen sie in ein anderes Zimmer. Ein Mann in einer seltsamen Kleidung erschien an der Tür. Villarsky, der ihm entgegenkam, sagte leise etwas auf Französisch zu ihm und ging zu einem kleinen Schrank, in dem Pierre Kleidung entdeckte, die er noch nie zuvor gesehen hatte. Villarsky nahm ein Taschentuch aus dem Schrank, legte es Pierre über die Augen und band es von hinten zu einem Knoten zusammen, wobei er sich schmerzhaft in den Haaren verfing. Dann neigte er ihn zu sich, küsste ihn und nahm ihn bei der Hand und führte ihn irgendwohin. Pierre hatte Schmerzen, weil die Haare durch den Knoten eingezogen wurden; er zuckte vor Schmerz zusammen und lächelte aus Scham über irgendetwas. Seine riesige Gestalt mit gesenkten Armen, mit faltigem und lächelndem Gesicht bewegte sich mit unsicheren, schüchternen Schritten hinter Villarsky.
Nachdem er zehn Schritte mit ihm gegangen war, blieb Villarsky stehen.
„Egal was mit dir passiert“, sagte er, „du musst alles mit Mut ertragen, wenn du dich fest entschließt, unserer Bruderschaft beizutreten.“ (Pierre bejahte dies, indem er den Kopf neigte.) Wenn Sie ein Klopfen an der Tür hören, werden Sie Ihre Augen öffnen“, fügte Villarsky hinzu. – Ich wünsche Ihnen Mut und Erfolg. Und Villarsky schüttelte Pierre die Hand und ging.
Allein gelassen lächelte Pierre weiterhin auf die gleiche Weise. Ein- oder zweimal zuckte er mit den Schultern, hob die Hand zum Taschentuch, als wollte er es abnehmen, und ließ sie wieder sinken. Die fünf Minuten, die er mit verbundenen Augen verbrachte, kamen ihm wie eine Stunde vor. Seine Hände waren geschwollen, seine Beine gaben nach; er dachte, er sei müde. Er erlebte die komplexesten und vielfältigsten Gefühle. Er hatte Angst davor, was mit ihm passieren würde, und noch mehr Angst davor, keine Angst zu zeigen. Er war neugierig, was mit ihm passieren würde, was sich ihm offenbaren würde; Vor allem aber freute er sich darüber, dass der Moment gekommen war, in dem er endlich den Weg der Erneuerung und eines aktiv tugendhaften Lebens einschlagen würde, von dem er seit seiner Begegnung mit Osip Alekseevich geträumt hatte. An der Tür war ein heftiges Klopfen zu hören. Pierre nahm den Verband ab und sah sich um. Der Raum war schwarz und dunkel: Nur an einer Stelle brannte eine Lampe in etwas Weißem. Pierre kam näher und sah, dass die Lampe auf einem schwarzen Tisch stand, auf dem ein aufgeschlagenes Buch lag. Das Buch war das Evangelium; Das weiße Ding, in dem die Lampe brannte, war ein menschlicher Schädel mit seinen Löchern und Zähnen. Nachdem er die ersten Worte des Evangeliums gelesen hatte: „Im Anfang war das Wort und das Wort war bei Gott“, ging Pierre um den Tisch herum und sah eine große offene Kiste, die mit etwas gefüllt war. Es war ein Sarg mit Knochen. Er war überhaupt nicht überrascht von dem, was er sah. Ich hoffe, in eine völlig eintreten zu können neues Leben völlig anders als der vorherige, erwartete er alles Außergewöhnliche, noch Außergewöhnlicheres als das, was er sah. Der Schädel, der Sarg, das Evangelium – es schien ihm, dass er das alles erwartete, noch mehr erwartete. Er versuchte, ein Gefühl der Zärtlichkeit in sich hervorzurufen und sah sich um. „Gott, Tod, Liebe, Brüderlichkeit der Menschen“, sagte er sich und verband mit diesen Worten vage, aber freudige Vorstellungen von etwas. Die Tür öffnete sich und jemand trat ein.
Im trüben Licht, das Pierre bereits genauer betrachten konnte, trat ein kleiner Mann ein. Offenbar trat dieser Mann aus dem Licht in die Dunkelheit und blieb stehen; Dann bewegte er sich mit vorsichtigen Schritten auf den Tisch zu und platzierte ihn klein und geschlossen Lederhandschuhe, Hände.
Dieser kleine Mann trug eine weiße Lederschürze, die seine Brust und einen Teil seiner Beine bedeckte, er hatte so etwas wie eine Halskette um den Hals, und hinter der Halskette ragte eine hohe, weiße Rüsche hervor, die sein längliches, von unten beleuchtetes Gesicht umrahmte .
- Warum bist du hierher gekommen? - fragte der Neuankömmling, folgte dem Rascheln von Pierre und drehte sich in seine Richtung. - Warum bist du, der du nicht an die Wahrheiten des Lichts glaubst und das Licht nicht siehst, warum bist du hierher gekommen, was willst du von uns? Weisheit, Tugend, Erleuchtung?
Als sich die Tür öffnete und ein unbekannter Mann eintrat, verspürte Pierre ein Gefühl der Angst und Ehrfurcht. ähnlich dazu, was er als Kind bei der Beichte erlebte: Er fühlte sich einem von den Lebensumständen her völlig fremden und in der Bruderschaft der Menschen nahestehenden Menschen gegenüber. Mit atemlosem Herzschlag ging Pierre auf den Redner zu (das war in der Freimaurerei die Bezeichnung für den Bruder, der den Suchenden auf den Eintritt in die Bruderschaft vorbereitet). Als Pierre näher kam, erkannte er in dem Rhetoriker eine bekannte Person, Smolyaninov, aber es war beleidigend für ihn zu glauben, dass die Person, die eintrat, eine vertraute Person war: Die Person, die eintrat, war nur ein Bruder und ein tugendhafter Mentor. Pierre konnte die Worte lange Zeit nicht aussprechen, also musste der Rhetor seine Frage wiederholen.
„Ja, ich... ich... möchte ein Update“, sagte Pierre mühsam.
„Okay“, sagte Smolyaninov und fuhr sofort fort: „Haben Sie eine Vorstellung davon, mit welchen Mitteln unser heiliger Orden Ihnen helfen wird, Ihr Ziel zu erreichen? ...“ sagte der Rhetor ruhig und schnell.
„Ich... hoffe... Führung... helfe... bei der Erneuerung“, sagte Pierre mit zitternder Stimme und Schwierigkeiten beim Sprechen, die sowohl aus der Aufregung als auch aus der Ungewohntheit des Sprechens auf Russisch über abstrakte Themen resultierten.
– Welche Vorstellung haben Sie von der Freimaurerei?
– Ich meine, dass die Frank-Freimaurerei eine fraterienité [Bruderschaft] ist; und die Gleichheit von Menschen mit tugendhaften Zielen“, sagte Pierre beschämt, als er über die Widersprüchlichkeit seiner Worte mit der Feierlichkeit des Augenblicks sprach. Ich meine…
„Okay“, sagte der Rhetor hastig, offenbar ziemlich zufrieden mit dieser Antwort. – Haben Sie nach Mitteln gesucht, um Ihr Ziel in der Religion zu erreichen?
„Nein, ich fand es unfair und habe es nicht befolgt“, sagte Pierre so leise, dass der Rhetor ihn nicht hörte und fragte, was er sagte. „Ich war Atheist“, antwortete Pierre.
– Sie suchen nach der Wahrheit, um ihren Gesetzen im Leben zu folgen; Deshalb streben Sie nach Weisheit und Tugend, nicht wahr? - sagte der Rhetor nach einer Schweigeminute.
„Ja, ja“, bestätigte Pierre.
Der Rhetoriker räusperte sich, faltete die behandschuhten Hände auf der Brust und begann zu sprechen:
„Jetzt muss ich Ihnen das Hauptziel unseres Ordens offenbaren“, sagte er, „und wenn dieses Ziel mit Ihrem übereinstimmt, werden Sie davon profitieren, unserer Bruderschaft beizutreten.“ Das wichtigste Ziel und die allgemeine Grundlage unseres Ordens, auf dem er gegründet ist und die keine menschliche Macht stürzen kann, ist die Bewahrung und Weitergabe eines wichtigen Sakraments an die Nachwelt ... aus den ältesten Jahrhunderten und sogar aus den ersten Mensch, der zu uns herabgekommen ist, von dem vielleicht die Sakramente abhängen können, hängt das Schicksal der Menschheit ab. Aber da dieses Sakrament so beschaffen ist, dass niemand es kennen oder nutzen kann, wenn man sich nicht durch eine langfristige und sorgfältige Reinigung darauf vorbereitet hat, kann nicht jeder darauf hoffen, es bald zu finden. Deshalb haben wir ein zweites Ziel, das darin besteht, unsere Mitglieder so gut wie möglich vorzubereiten, ihre Herzen zu korrigieren, ihren Geist zu reinigen und zu erleuchten, mit den Mitteln, die uns durch die Tradition von Männern offenbart wurden, die sich mühsam um dieses Sakrament bemüht haben, und Dadurch werden sie befähigt, es wahrzunehmen. Durch die Reinigung und Korrektur unserer Mitglieder versuchen wir drittens, die gesamte Menschheit zu korrigieren, indem wir ihr in unseren Mitgliedern ein Beispiel an Frömmigkeit und Tugend bieten und so mit aller Kraft versuchen, dem Bösen zu widerstehen, das in der Welt herrscht. Denken Sie darüber nach, dann komme ich wieder zu Ihnen“, sagte er und verließ den Raum.

Was wie folgt definiert ist: , wobei u die Bewegungsgeschwindigkeit der Strömung oder des Körpers und die Schallgeschwindigkeit im Medium ist. Die Schallgeschwindigkeit ist definiert als , wobei der adiabatische Index des Mediums ist (für ein ideales n-atomares Gas, dessen Molekül Freiheitsgrade hat, ist er gleich ). Hier ist die Gesamtzahl der Freiheitsgrade des Moleküls. Gleichzeitig steigt die Anzahl der translatorischen Freiheitsgrade. Für ein lineares Molekül die Anzahl der Rotationsfreiheitsgrade und die Anzahl der Schwingungsfreiheitsgrade (falls vorhanden). Für alle anderen Moleküle gilt .

Wenn sich ein Körper mit Überschallgeschwindigkeit in einem Medium bewegt, erzeugt er zwangsläufig eine Schallwelle hinter sich. Mit Uniform gerade Bewegung Die Schallwellenfront hat eine Kegelform, deren Spitze im bewegten Körper liegt. Die Emission einer Schallwelle verursacht bei einem sich bewegenden Körper zusätzlichen Energieverlust (zusätzlich zum Energieverlust aufgrund von Reibung und anderen Kräften).

Ähnliche Wirkungen der Wellenemission bewegter Körper sind für alle charakteristisch physikalische Phänomene Wellennatur, zum Beispiel: Tscherenkow-Strahlung, eine Welle, die von Schiffen auf der Wasseroberfläche erzeugt wird.

Klassifizierung der Geschwindigkeiten in der Atmosphäre

Bei normale Bedingungen In der Atmosphäre beträgt die Schallgeschwindigkeit etwa 331/Sek. Höhere Geschwindigkeiten werden manchmal in Mach-Zahlen ausgedrückt und entsprechen Überschallgeschwindigkeiten, wobei Hyperschallgeschwindigkeiten in diesen Bereich fallen. Die NASA definiert „schnellen“ Hyperschall im Geschwindigkeitsbereich von 10–25 M, wobei die Obergrenze der ersten Fluchtgeschwindigkeit entspricht. Die oben genannten Geschwindigkeiten gelten nicht als Hyperschallgeschwindigkeit, sondern „ Rücklaufgeschwindigkeit» Raumschiff zur Erde.

Modusvergleich

Modus Machzahlen km/ /Sek Allgemeine Eigenschaften des Geräts
Unterschall <1.0 <1230 <340 Meistens ein Flugzeug mit Propeller bzw Einsatzgebiet, gerade oder abgeschrägte Flügel.
Transsound (Englisch) Russisch 0.8-1.2 980-1470 270-400 Bei Lufteinlässen und leicht gepfeilten Flügeln macht sich die Kompressibilität der Luft bemerkbar.
Überschall 1.0-5.0 1230-6150 340-1710 Die Kanten der Flugzeuge sind schärfer, das Leitwerk ist allbeweglich.
Hypersound 5.0-10.0 6150-12300 1710-3415 Gekühlter Nickel-Titan-Körper, kleine Flügel. (X-43)
Schneller Hyperschall 10.0-25.0 12300-30740 3415-8465 Silikonkacheln zum Wärmeschutz, die anstelle von Flügeln den Körper des Geräts stützen.
„Rücklaufgeschwindigkeit“ >25.0 >30740 >8465 Ablativer Hitzeschild, keine Flügel, Kapselform.

Überschallobjekte

Raumschiffe und ihre Träger sowie die meisten modernen Kampfflugzeuge beschleunigen auf Überschallgeschwindigkeit. Es wurden auch mehrere Überschallflugzeuge für Passagiere entwickelt – Tu-144, Concorde, Aerion. Die Geschossgeschwindigkeit der meisten modernen Schusswaffen liegt über M1.

siehe auch

Anmerkungen


Wikimedia-Stiftung. 2010.

  • Elektrische Spannung
  • Machzahl

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „Überschallgeschwindigkeit“ ist:

    ÜBERSCHALLGESCHWINDIGKEIT- die Bewegungsgeschwindigkeit eines Mediums oder eines Körpers in einem Medium, die die Schallgeschwindigkeit in einem bestimmten Medium überschreitet. Körperlich Enzyklopädisches Wörterbuch. M.: Sowjetische Enzyklopädie. Chefredakteur A. M. Prokhorov. 1983 ... Physische Enzyklopädie

    ÜBERSCHALLGESCHWINDIGKEIT- ÜBERSCHALLGESCHWINDIGKEIT, Geschwindigkeit, die die örtliche Schallgeschwindigkeit überschreitet. In trockener Luft mit einer Temperatur von 0 °C beträgt diese Geschwindigkeit 330 m/s oder 1188 km/h. Seine Größe wird normalerweise durch die MAX-Zahl ausgedrückt, die das Verhältnis der Geschwindigkeit darstellt... ... Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch

    Überschallgeschwindigkeit- 1) Gasgeschwindigkeit V überschreitet die lokale Schallgeschwindigkeit a: V > a (M > 1, M Machzahl). 2) S. s. Flug, die Geschwindigkeit eines Flugzeugs, die in ungestörter Strömung die Schallgeschwindigkeit überschreitet (unter Flug mit S.S. versteht man oft den Flug mit einer Geschwindigkeit ... ... Enzyklopädie der Technik

    Überschallgeschwindigkeit- Die Bewegungsgeschwindigkeit des Körpers (Gasströmung) übersteigt unter gleichen Bedingungen die Schallgeschwindigkeit. Gekennzeichnet durch Machzahlwerte (M); hat M-Werte von 1 bis 5. Geschwindigkeit, die die Schallgeschwindigkeit um mehr als das Fünffache überschreitet... ... Meereswörterbuch

    ÜBERSCHALLGESCHWINDIGKEIT- Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers (Gasströmung) übersteigt unter gleichen Bedingungen die Schallgeschwindigkeit (die Schallgeschwindigkeit in Luft bei 0°C beträgt 331 m/s). Gekennzeichnet durch die Machzahl M () mit Werten von 1 bis 5. Geschwindigkeit über M... ... Große Polytechnische Enzyklopädie

    Überschallgeschwindigkeit- Gasgeschwindigkeit, die die örtliche Schallgeschwindigkeit überschreitet. [GOST 23281 78] Themen Aerodynamik von Flugzeugen Allgemeine Begriffe Eigenschaften der Gasströmung EN Überschallgeschwindigkeit ... Leitfaden für technische Übersetzer

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    Überschallgeschwindigkeit- viršgarsinis greitis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Hyperschallgeschwindigkeit; Überschallgeschwindigkeit vok. Überschallgeschwindigkeit, f; Ultraschallgeschwindigkeit, f rus. Überschallgeschwindigkeit, f pranc. vitesse hypersonique, f … Fizikos terminų žodynas

    Überschallgeschwindigkeit- viršgarsinis greitis statusas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Greitis, viršijantis garso greitį. atitikmenys: engl. Überschallgeschwindigkeit; Geschwindigkeit rus. Überschallgeschwindigkeit... Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas

HYPERSCHALL

Wo gibt es sonst noch eine Nische für den Einsatz von Luftfahrttechnologien, also der Umsetzung kontrollierter Flüge innerhalb der Erdatmosphäre? Diese Nische ist Hyperschall, also Flug mit Geschwindigkeiten, die vier- oder mehr- (bis sechsmal) mal so hoch sind wie die Schallgeschwindigkeit. Wie alle Technologien hat auch die Hyperschalltechnologie einen Doppelzweck, d. h. ein Hyperschallflugzeug kann sowohl für zivile als auch für militärische Zwecke eingesetzt werden. Darüber hinaus kann der Bereich der Hyperschallgeschwindigkeit auch für den Betrieb von Luft- und Raumfahrtflugzeugen genutzt werden.

In den 1970er und 1980er Jahren, im Zeitalter des technischen Optimismus, wurden in Europa Projekte für Luft- und Raumfahrtflugzeuge mit horizontalem Start und Landung entwickelt. Diese Projekte standen in direkter Konkurrenz zum amerikanischen Space Shuttle, einem wiederverwendbaren Raumschiff. Wie Sie wissen, startet das Shuttle mithilfe eines leistungsstarken Raketenverstärkers vertikal und landet nach Abschluss seiner Mission wie ein Flugzeug. In Großbritannien hieß das Projekt eines solchen Shuttle-Flugzeugs „HOTOL“ (Horizontal Take-Off Landing). Es ist offensichtlich, dass die Verwendung von Luft als erste Stufe erfolgt Düsentriebwerk würde die Effizienz des Gesamtsystems erheblich steigern.

In diesem Fall würde die Beschleunigung in den Schichten der Atmosphäre mithilfe von Sauerstoff aus der Atmosphäre selbst bei der Verbrennung erfolgen und nicht in den Raketentanks gespeichert werden.

Während es sich bei HOTOL um ein reines Raketenflugzeugprojekt handelte, umfasste das Luft- und Raumfahrtflugzeugprojekt in der damaligen Bundesrepublik Deutschland in der ersten Phase den Einsatz eines Strahltriebwerks. Dieses Gerät wurde zu Ehren des berühmten deutschen Wissenschaftlers und Ingenieurs Eugen Sänger, der in den 1930er und 1940er Jahren aktiv arbeitete, „Sänger“ genannt. in Deutschland über die Entwicklung von Raketen- und Staustrahltriebwerken. Dann, in den 1980er Jahren, schien es, dass die Entwicklung von Luft- und Raumfahrtsystemen durchaus möglich sei. Höchstwahrscheinlich war es technisch gesehen so. Diese vielversprechenden Projekte wurden jedoch aufgrund der hohen Entwicklungskosten, die das Budget eines Landes überstiegen, nie realisiert. Dennoch besteht auch heute noch die Möglichkeit, auf der Grundlage internationaler Zusammenarbeit und einer angemessenen Arbeitsteilung zu diesen Projekten zurückzukehren. Jetzt, nach der Fertigstellung des konzeptionell sehr umstrittenen amerikanischen Shuttle-Programms, ist es an der Zeit, mit der Schaffung eines solchen Systems zu beginnen. Um Ihren Horizont zu erweitern, ist es auf jeden Fall hilfreich, das Schema für den Start eines Raumfahrzeugs in eine erdnahe Umlaufbahn mithilfe von Luftfahrttechnologien zu kennen.

Als Beispiel betrachten wir zunächst das Betriebsdiagramm des Luft- und Raumfahrtflugzeugs Zenger. Dabei handelt es sich um ein zweistufiges Gerät: Die erste Stufe ist ein Hyperschallflugzeug mit einem mit Wasserstoff betriebenen Turbo-Direktstromkraftwerk, die zweite Stufe ist eine Rakete mit einem Flüssigwasserstoff-Sauerstoff-Raketentriebwerk. Der Zenger hebt wie ein Flugzeug ab und nutzt den Schub herkömmlicher Turbostrahltriebwerke. Genau wie ein Flugzeug erreicht es mit Unterschallgeschwindigkeit eine Höhe von 11 km. An diesem Punkt der Flugbahn (H=11 km, M=0,8) kann das Flugzeug einen langen Reiseflug durchführen (1. Reiseflugmodus). Anschließend beginnt die Beschleunigung auf Mach 3,5 mit einem Höhenanstieg von bis zu 20 km. An diesem Punkt der Flugbahn wird das Turbostrahltriebwerk abgeschaltet und mit einer Haube versehen, und stattdessen wird der Staustrahlkreislauf eingeschaltet. Es gibt noch einen weiteren Punkt auf der Flugbahn (2. Reiseflugmodus), dessen Flugparameter ebenfalls einen langen Reiseflug (H=25 km, M=4,5) des Flugzeugs gewährleisten. Bei Erreichen einer Höhe von 30 km und einer Fluggeschwindigkeit, die einer Flug-Mach-Zahl von 6,8 entspricht, trennt sich schließlich die zweite Raketenstufe und startet. Wie wir sehen, wurde diese Stufe bereits auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt und daher benötigt die Rakete der zweiten Stufe zum Eintritt in die erdnahe Umlaufbahn eine deutlich geringere Energiezufuhr (Treibstoff) als bei einem reinen Raketenstart die Oberfläche der Erde.

Erinnern wir uns daran, dass die Verwendung von Kohlenwasserstoffbrennstoff (Kerosin) bei Hyperschall aufgrund der im Vergleich zu Wasserstoff niedrigen Flammentemperatur auf das Niveau der Machzahl = 4 begrenzt ist. Aufgrund dieser Einschränkung nimmt mit zunehmender Fluggeschwindigkeit und zunehmender kinetischer Erwärmung der Luft am Einlass beim Bremsen die zugeführte Wärmemenge ab und dementsprechend sinken die geleistete Arbeit und der thermische Wirkungsgrad (denken Sie an die Formel von Carnot). Um eine effiziente Umwandlung der chemischen Energie des Brennstoffs in Arbeit zu erreichen, ist es daher notwendig, Brennstoff mit einer höheren Verbrennungsflammentemperatur zu verwenden. Wasserstoff hat genau diese Qualität, hat aber auch Geschwindigkeitsbeschränkungen, nämlich Mmax = 7. Eine Alternative dazu ist die Technologie... Kühlung der Luft am Motoreinlass mithilfe eines Wärmetauscher-Rekuperators unter Verwendung der in Kraftstofftanks gespeicherten Kühlressourcen ( flüssiger Wasserstoff, der eine niedrige Temperatur hat).

Theoretische Entwicklungen eines Hyperschall-Passagierflugzeugs wurden bereits in den 1970er Jahren bei der NASA (USA) durchgeführt. Es war geplant, ein „Orient Express“-Flugzeug zu schaffen, das Entfernungen zurücklegen kann New York drei (!) Stunden von Tokio entfernt. Dieses Flugzeug war für die Beförderung von 300 Passagieren über eine Distanz von 12.000 km bei einer Reisegeschwindigkeit von M=5 ausgelegt. Das Flugzeug mit einem Abfluggewicht von 440 Tonnen sollte mit vier Triebwerken mit jeweils 27,5 Tonnen Schub ausgestattet sein (Leistungsverhältnis - das gleiche klassische 0,25 für viermotorige Flugzeuge). 1989 wurde ein internationales Projekt zur Entwicklung von Technologien für das Kraftwerk eines vielversprechenden Hyperschall-Passagierflugzeugs gestartet. Als Basisland für die Integration des Triebwerksprojekts wurde Japan ausgewählt, an dem die weltweit führenden Entwickler von Gasturbinentriebwerken, Rolls-Royce und General Electric, beteiligt waren. Das Projekt verlief zwanzig Jahre lang reibungslos, es wurden Experimente an einzelnen Komponenten des zukünftigen Turbo-Staustrahltriebwerks durchgeführt, das Ergebnis wurde jedoch noch nicht erreicht.

Die Europäer blieben nicht hinter den Vereinigten Staaten zurück: Bereits zu Beginn des 21. Jahrhunderts waren Projekte von Hyperschall-Passagierflugzeugen für 200 (300 Tonnen Startgewicht) und 300 (400 Tonnen Startgewicht) Passagiere geplant Hier erschien auch die Route Brüssel-Sydney. Das zukünftige Hyperschallflugzeug muss diese Strecke in drei Stunden zurücklegen. Wie realistisch sind diese Projekte? In Hinsicht auf Wirtschaftlichkeit Ein Passagier-Hyperschallflugzeug scheint ein sehr riskantes Projekt zu sein. Große Investitionen in die Entwicklung werden sich im teuren Betrieb wahrscheinlich nicht auszahlen. Wenn nur... auf der künftig überfüllten Strecke Peking-New York.

Aber der militärische und weltraumbezogene Einsatz von Hypersound ist völlig real, und hier sind die Vereinigten Staaten zumindest in Bezug auf eine gut durchdachte Strategie allen voraus. Darüber hinaus haben die NASA und das US-Militärministerium eine gemeinsame Einrichtung gegründet organisatorische Struktur, genannt National Aerospace Initiative (NAI), für die praktische Umsetzung der nächsten Generation von Projekten. Nachdem die NASA mit den Shuttles hinsichtlich der Vorhersage ihrer Zuverlässigkeit bei wiederholtem Einsatz zu kämpfen hatte, hat sie es sich zur Aufgabe gemacht, die Kosten für den Start von Raumfahrzeugen durch die Entwicklung einer neuen Generation von Trägerraketen mit Hyperschallflugzeugen radikal zu senken. Dieses Luft- und Raumfahrtprojekt mit der Bezeichnung X-43 (wie jeder Flugzeugprototyp mit der Bezeichnung „X“) soll bis 2025 mit Flugtests des Demonstrators abgeschlossen sein. Ist es wahr, endgültige Wahl als wäre die erste Stufe noch nicht geschafft. Es werden beide Optionen in Betracht gezogen: reine Raketenantriebe und basierend auf einem Gasturbinentriebwerk. Aber der „obere“ Teil der ersten Stufe ist ein Hyperschall-Staustrahltriebwerk mit Überschallverbrennung.

Im Allgemeinen sieht die natürliche Transformation des optimalen Raumfahrzeugmotors so aus. Beim Start, wenn die anfängliche Fluggeschwindigkeit in der Atmosphäre Null ist, wird die zur Arbeitsleistung erforderliche Luftkompression vom Kompressor des Gasturbinentriebwerks ausgeführt. Mit steigender Fluggeschwindigkeit kommt es beim Abbremsen der Luft im Lufteinlass immer mehr zu einer Kompression und im Kompressor immer weniger. Ab einer Flug-Mach-Zahl von 3–3,5 degeneriert der Kompressor im Wesentlichen und trägt praktisch nichts zum Kompressionsverhältnis im Lufteinlass bei. Hier empfiehlt es sich, den Gasturbinenteil des Triebwerks abzuschalten und bis zu Fluggeschwindigkeiten in der Größenordnung von M = 5 auf einen reinen Gleichstromkreislauf mit Unterschallverbrennung umzustellen. Die nächste optimale Modifikation des Motors ist ein Direktstrommotor mit Überschallverbrennung (bei M4 erreicht die Stagnationstemperatur beim Umströmen des Stabilisators den Zündwert und es kommt zu einer stabilen Verbrennung bei hohen, auch Überschallgeschwindigkeiten). Und schließlich kommt beim Verlassen der Atmosphäre, wo die Luft eine geringe Dichte hat und nicht als Arbeitsmedium dienen kann, ein Flüssigkeitsraketentriebwerk zum Einsatz, das stattdessen verwendet wird atmosphärische Luft eigener Vorrat an Oxidationsmittel im Tank einer Rakete oder eines Flugzeugs. Der erforderliche Druck in der Brennkammer wird durch den Fluss des Arbeitsmediums gewährleistet, das wiederum durch Pumpen bereitgestellt wird, die Oxidationsmittel und Kraftstoff in der erforderlichen Menge pumpen.

Während Gasturbinentechnologien bis zur Flug-Machzahl 3 weit entwickelt sind, ist das Einsatzgebiet eines Staustrahltriebwerks mit Überschallverbrennung (M4) sowohl wissenschaftlich als auch praktisch problematisch. Und es wird intensiv in diese Richtung geforscht. Darüber hinaus erscheint es verlockend, den Anwendungsbereich eines Gasturbinentriebwerks (wenn auch in kombinierter Ausführung mit einem Direktstromtriebwerk) auf M = 4 zu erweitern. Dann wird das Kraftwerk für seine Beschleunigung im Raumschiff drei separate Module haben: Turbo-Staustrahltriebwerk, Staustrahltriebwerk mit Überschallverbrennung und Raketentriebwerke.

Die USA haben ein entsprechendes Programm zur Entwicklung des sogenannten „Revolutionary Turbine Accelerator“ (RTU oder, in.) verabschiedet Englische Transkription, RTA), an der das berühmte Unternehmen General Electric beteiligt ist. Der Prototyp eines solchen „revolutionären“ Triebwerks ist das F-120, ein sogenanntes „Variable Cycle Engine“ mit mechanisch einstellbaren Strömungsquerschnitten (insbesondere dem Turbinendüsenapparat).

Bei der Entwicklung eines Hyperschallflugzeugs gibt es viele Probleme. Ausgehend von der unzureichenden Genauigkeit der Vorhersage des Außenwiderstands eines solchen Geräts und damit der Einschätzung der erforderlichen Schubkraft des Kraftwerks. Tatsache ist, dass bei solchen Hyperschallgeschwindigkeiten die Zuverlässigkeit der geometrischen Modellierung während des aerodynamischen Blasens noch bestätigt werden muss. Es ist unklar, ob die Ähnlichkeitstheorie, die so erfolgreich bei der Untersuchung von Unterschall- und Überschallflugzeugmodellen (aber nicht Hyperschallflugzeugmodellen) eingesetzt wird, in diesem Fall funktioniert (höchstwahrscheinlich nicht funktioniert). Moderne Methoden Berechnungen und Modellierungen der Aerodynamik bedürfen ebenfalls einer Überprüfung. Durch die Wechselwirkung der Hyperschallströmung mit dem Triebwerk und dem Flugzeug entstehen deutlich nichtlineare Effekte, die moderne gitterbasierte mathematische Modellierungsmethoden nicht genau beschreiben können. Alles führt dazu, dass die Entwicklung solch teurer Systeme größtenteils vor Ort unter Flugbedingungen durchgeführt werden sollte. Hier sind wir in einer ähnlichen Situation wie Erstphase Entwicklung großer Raketentriebwerke.

Auch der Staustrahlkreislauf eines Überschall-Verbrennungsmotors erfordert Forschung, angefangen bei der Entwicklung neuer, leichterer wärmeleitender Materialien wie Gamma-Titan-Aluminium oder siliziumbasierten Keramikverbundwerkstoffen bis hin zur Wahl des Treibstofftyps. Es ist zu berücksichtigen, dass hier Kraftstoff zur Kühlung des Brennraums verwendet wird. Usw.

Wie ist die Situation mit Hypersound in Russland? Und was ist hier der mögliche Einsatz von Hyperschallflugzeugen? Man sollte kaum erwarten, dass Hyperschall eingesetzt wird, um Raumfahrzeuge und Schiffe in die Umlaufbahn zu bringen. Russland verfügt seit langem über ein zuverlässiges System für den Einsatz von Raketenwerfern zu diesem Zweck. In Russland wird es keinen Hyperschall-Lufttransport geben – ein solcher Bedarf besteht nicht und ist aus wirtschaftlicher Sicht unangemessen. Aber auch im Bereich der militärischen Nutzung von Hyperschall gibt es verlockende Aussichten. Es ist anzumerken, dass dieses Thema in Russland seit langem (seit den 1970er Jahren) am Zentralinstitut für Flugmotoren im Rahmen von Bundeszielprogrammen untersucht wird („Kalt“ für die Verwendung von Wasserstoff usw.). Dieses Thema bietet nicht nur hervorragende Möglichkeiten für die Entwicklung der Grundlagenwissenschaften, vor allem im Bereich der Strömungs- und Gasmechanik sowie der Verbrennungsphysik, sondern hat auch einen offensichtlichen Anwendungscharakter. Die Entwicklung neuer mathematischer Prozessmodelle, die Durchführung einzigartiger Experimente – all dies ist für die innovative Entwicklung des Landes von großem Wert. Im Falle der Schaffung eines Hyperschallwaffenträgers erhält die Landesverteidigung aufgrund der erhöhten Reaktionsgeschwindigkeit und Unverwundbarkeit der Reaktion auf mögliche Bedrohungen eine neue Qualität.

Am CIAM wurde 1985 begonnen, sich intensiv mit dem Thema Scramjet (Hyperschall-Staustrahltriebwerk) zu beschäftigen (Abteilung 012, Abteilungsleiter A.S. Rudakov), wobei der Schwerpunkt auf der Entwicklung eines Luft- und Raumfahrtflugzeugs lag. Das Konzept eines solchen Flugzeugs wurde im Tupolev Design Bureau entwickelt zukünftiges Projekt Das Flugzeug erhielt die Bezeichnung Tu-2000. Aus vielen Gründen war es jedoch nicht möglich, systematische Arbeiten zur Entwicklung eines solchen Flugzeugs zu organisieren, unter anderem weil es an gezielter Finanzierung mangelte. Wie Sie wissen, begann die „Perestroika“, und Mamai „hat diese „Perestroika“ bei vielen Projekten durchgemacht.“ Dennoch plante das Cold-Programm die Durchführung eines Flugversuchs mit einem Scramjet-Triebwerk mit der Bezeichnung S-57. Diese Arbeit war komplexer Natur: Es war notwendig, ein Hyperschall-Fluglabor auf Basis der S-200-Flugabwehrrakete vorzubereiten, einen Startkomplex zu entwickeln, den Scramjet selbst und ein Tresowie ein Bordsystem zur Lagerung zu schaffen und Lieferung von flüssigem Wasserstoff, ein Betankungs- und Transportkomplex für flüssigen Wasserstoff usw.

Das Scramjet-Triebwerk selbst wurde gemäß den technischen Spezifikationen von CIAM (unter Beteiligung des Tushinsky Motor Design Bureau) im berühmten Voronezh Design Bureau „Khimavtomatika“ (Gründer – S.A. Kosberg) entwickelt, das Flüssigkeit entwickelte Raketentriebwerke sowohl für den Weltraum als auch für die Kampfraketen von V. Chelomey. Der Motor hatte einen achsensymmetrischen Lufteinlass und war im Kopf der Rakete eingebaut. TsAGI führte eine aerodynamische Reinigung des Lufteinlasses und der S-200-Rakete durch. Das Unternehmen Cryogenmash hat ein Bordspeichersystem für Wasserstoff entwickelt. Das fliegende Labor wurde natürlich von den Entwicklern der S-200 geschaffen. Organisationen des Verteidigungsministeriums beteiligten sich aktiv an dem Projekt – die Tests sollten auf dem Übungsgelände Sary-Shagan (Kasachstan) durchgeführt werden.

Der russische Scramjet trat früher als der amerikanische in das Flugexperiment ein. Bereits 1991 wurde der Erstflug mit dem Start eines Scramjets mit einer Dauer von 27,5 Sekunden und automatischem Ein- und Ausschalten der Brennkammer durchgeführt. Trotz des Durchbrennens der Brennkammer war es ein großer Erfolg. Aber 1992... wurde die Finanzierung dieses Programms eingestellt: Wir alle erinnern uns noch gut an die Zeit der „liberalen“ Reformen. In Frankreich wurde Geld im Austausch für Informationen gefunden, und Ende 1992 wurde ein zweiter, noch erfolgreicherer Test des S-57 durchgeführt, bei dem der Motor 40 Sekunden lang lief, davon mehr als 20 Sekunden im Überschallverbrennungsmodus Modus in der Kammer. Bei den Tests waren auch französische Ingenieure anwesend.

1994 schlossen sich auch die Amerikaner (NASA) diesem Programm an – es war sehr verlockend, vorgefertigte Infrastruktur und ein Forschungsobjekt zu nutzen. Die NASA hat einen Auftrag zur Teilnahme an diesem Experiment mit entsprechender Finanzierung vergeben. Ziel des Tests war es, eine Fluggeschwindigkeit entsprechend der Machzahl = 6,5 zu erreichen und einen stabilen Betrieb des Scramjet-Triebwerks nachzuweisen. Im Zusammenhang mit dieser Anforderung wurde der Scramjet modifiziert, unter anderem mit einem verbesserten Brennkammerkühlsystem, und am 12. Februar 1998 konnte ein Flugtest des Scramjet erfolgreich durchgeführt werden. Der Motor arbeitete die geforderten 70 Sekunden lang ohne Zerstörung und die angegebene Höchstgeschwindigkeit wurde erreicht. Es sei darauf hingewiesen, dass der amerikanische Scramjet X-43 seinen ersten Hyperschallflug im Jahr 2001 absolvierte und eine Geschwindigkeit von M=6,8 erreichte. Trotz des offensichtlichen Erfolgs des russischen Experiments blieben viele Probleme ungelöst. Und eine der wichtigsten ist die Bestimmung des tatsächlichen Außenwiderstands des Flugzeugs. Dies erfordert einen autonomen Flug (ohne Raketen-„Booster“).

Hyperschallflugzeugprojekt Tu-2000.

Was kommt als nächstes? Die Amerikaner gingen ihren eigenen Weg und setzten eine groß angelegte „Roadmap“ namens „Hypersonic Access to Space“ um, die 2025 fertiggestellt werden sollte. Sie können nirgendwo hingehen – die „Shuttles“ sollten so schnell wie möglich abgeschrieben werden, und das gibt es nichts, um in den Weltraum zu fliegen. Man könnte meinen, dass der Direktor der NASA nach zwei Space-Shuttle-Katastrophen hätte getauft werden sollen, bevor er die Erlaubnis für den nächsten Flug unterschrieb. Russland verfügte nicht über das Geld bzw. das Verständnis der Führung des Landes, um ein solch wirklich innovatives Thema durchzusetzen. Aber auch Frankreich hat sich aufgrund der Armut von Russland „süchtig“ gemacht: Das experimentelle Hyperschallflugzeug LEA mit einer Länge von 4,2 Metern soll mit getestet werden Russisches System Ausgabe zu berechneten Flugparametern. Das Gerät selbst ist ein klassisches Flugzeug mit „flachem“ Lufteinlass und Düse. Die unteren Flächen dieses Flugzeugs sind gleichzeitig die Außenflächen der Strömungsverzögerung im vorderen Teil und ihrer Ausdehnung nach Wärmezufuhr im hinteren Teil. Der Vertrag (2006) wird von Rosoboronexport auf russischer Seite unterstützt. Zu den russischen Teilnehmern zählen das Unternehmen Raduga (Raketenverstärker), TsAGI (aerodynamische Gebläse) und das nach ihm benannte Flugforschungsinstitut. Gromov (Telemetrie), CIAM und Moskauer Luftfahrtinstitut (Testen von Verbrennungsprozessen und mathematische Modellierung von Prozessen).

Diagramm eines Hyperschall-Staustrahltriebwerks mit Überschallverbrennung bei M›4. Einziehbare Flammenstabilisatoren (beim Betrieb mit Hyperschall) sind sichtbar.

Geplant für 2013...2015. Führen Sie vier Flüge mit einer Dauer von 30–40 Sekunden im HyM = 4–8 in einer Höhe von 30–40 km durch. Der Start gemäß den Entwurfsflugparametern muss nacheinander mit dem Überschallbomber Tu-22MZ („Booster“ + LEA) erfolgen, dann muss die „Booster“-Rakete mit dem Gerät vom Flugzeug getrennt werden und mit ihrer Hilfe das Gerät auf die vorgesehene Höhe gebracht werden, in der es einen Horizontalflug durchführen kann. Als Ergebnis dieser Tests sollen wichtige Erkenntnisse sowohl über die Eigenschaften eines Hyperschallflugzeugs als auch über die Verbrennungs- und Kühlvorgänge im Triebwerk gewonnen werden. Wir wünschen diesem Projekt viel Erfolg. Alles ist in Ordnung, aber wenn da nicht Oboronprom mit seinem unbändigen Wunsch wäre, Geld zu verdienen, ohne zuverlässige und, wie es den Beamten erscheint, zu teure technische Unterstützung.

Im Januar ereignete sich ein bedeutendes Ereignis: Der Club der Besitzer von Hyperschalltechnologie wurde um ein neues Mitglied ergänzt. Am 9. Januar 2015 testete China ein Hyperschallgleiter namens WU-14. Hierbei handelt es sich um ein gelenktes Fahrzeug, das auf einer Interkontinentalrakete (ICBM) montiert ist. Die Rakete hebt das Segelflugzeug in den Weltraum, woraufhin das Segelflugzeug mit einer Geschwindigkeit von Tausenden von Kilometern pro Stunde auf das Ziel zustürzt.

Nach Angaben des Pentagons kann das chinesische Hyperschallfahrzeug WU-14 auf verschiedenen chinesischen ballistischen Raketen mit einer Schussreichweite von 2.000 bis 12.000 km installiert werden. Bei Tests im Januar erreichte WU-14 eine Geschwindigkeit von 10 Mach, was mehr als 12,3 Tausend km/h entspricht. Moderne Luftverteidigungssysteme sind nicht in der Lage, ein mit dieser Geschwindigkeit fliegendes manövrierendes Ziel zuverlässig zu treffen. Damit ist China nach den USA und Russland das dritte Land, das über die Technologie von Hyperschallträgern für nukleare und konventionelle Waffen verfügt.



Hyperschall-Segelflugzeug HTV-2 trennt sich von der Oberstufe (USA)

Die Vereinigten Staaten und China arbeiten an ähnlichen Entwürfen für Hyperschall-Segelflugzeuge, die zunächst durch eine Trägerrakete in große Höhen befördert und dann bei einem kontrollierten Abstieg aus großen Höhen beschleunigt werden. Die Vorteile eines solchen Systems sind eine große Reichweite (bis zu einem globalen Angriff auf jeden Punkt der Erdoberfläche), ein relativ einfaches Segelflugzeugdesign (kein Antriebsmotor), eine große Masse des Gefechtskopfs und eine hohe Fluggeschwindigkeit (mehr als 10). Mach).

Russland konzentriert sich auf die Entwicklung von Hyperschall-Staustrahlraketen (Scramjet), die vom Boden, von Schiffen oder Kampfflugzeugen aus abgefeuert werden können. Es gibt ein russisch-indisches Projekt zur Entwicklung solcher Waffensysteme, so dass bis 2023 auch Indien dem „Hyperschall-Club“ beitreten könnte. Der Vorteil von Hyperschallraketen sind geringere Kosten und eine größere Einsatzflexibilität im Gegensatz zu Segelflugzeugen, die mit Interkontinentalraketen gestartet werden.

Experimentelle Hyperschallrakete mit Scramjet X-51A WaveRider (USA)

Beide Arten von Hyperschallwaffen können einen konventionellen oder nuklearen Sprengkopf tragen. Experten des Australian Strategic Policy Institute haben berechnet, dass die kinetische Energie des Aufpralls eines Hyperschallsprengkopfs (ohne hochexplosiven oder nuklearen Sprengkopf) mit einer Masse von 500 kg und einer Geschwindigkeit von 6 M in Bezug auf die verursachte Zerstörung vergleichbar ist mit der Detonation des Sprengkopfes einer konventionellen Unterschallrakete AGM-84 Harpoon, ausgestattet mit einem Sprengkopf mit einer Sprengmasse von etwa 100 kg. Das ist nur ein Viertel der Feuerkraft der russischen Schiffsabwehrrakete P-270 Moskit mit einer Sprengmasse von 150 kg und einer Geschwindigkeit von 4 Mach.

Es scheint, dass Hyperschallwaffen den bestehenden Überschallwaffen nicht viel überlegen sind, aber alles ist nicht so einfach. Tatsache ist, dass Sprengköpfe ballistischer Raketen aus großer Entfernung leicht zu erkennen sind und entlang einer vorhersehbaren Flugbahn fallen. Und obwohl ihre Geschwindigkeit enorm ist, ist es dank moderner Computertechnologie möglich, Sprengköpfe während der Abstiegsphase abzufangen, wie das amerikanische Raketenabwehrsystem mit unterschiedlichem Erfolg beweist.

Gleichzeitig nähern sich Hyperschallflugzeuge dem Ziel auf einer relativ flachen Flugbahn, bleiben kurze Zeit in der Luft und können manövrieren. In den meisten Szenarien sind moderne Luftverteidigungssysteme nicht in der Lage, ein Hyperschallziel in kurzer Zeit zu erkennen und anzugreifen.

Eine Hyperschallrakete mit einer Geschwindigkeit von 6 M wird die Strecke von London nach New York in nur einer Stunde zurücklegen

Moderne Flugabwehrraketen können ein Hyperschallziel einfach nicht einholen; beispielsweise kann eine Rakete des Flugabwehrraketensystems S-300 auf eine Geschwindigkeit von 7,5 Mach beschleunigen, und selbst dann nur für kurze Zeit. Daher ist in den allermeisten Fällen ein Ziel mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 M „zu hart“ dafür. Darüber hinaus kann die Tödlichkeit von Hyperschallwaffen durch den Einsatz eines Streusprengkopfes erhöht werden: Hochgeschwindigkeitssplitter aus Wolfram-„Nägeln“ können eine Industrieanlage oder ein großes Schiff außer Gefecht setzen oder eine Konzentration von Arbeitskräften und gepanzerten Fahrzeugen auf einem großen Gelände zerstören Bereich.

Die Verbreitung von Hyperschallwaffen, die jedes Luftverteidigungssystem durchdringen können, wirft neue Fragen zur Gewährleistung der globalen Sicherheit und der militärischen Parität auf. Es sei denn, in diesem Bereich wird eine Gleichgewichtsabschreckung erreicht, wie dies bei der Fall ist Atomwaffen Hyperschallangriffe können zu einem gängigen Druckmittel werden, da bereits wenige Hyperschallsprengköpfe die Wirtschaft eines kleinen Landes zerstören können.

Nach Berechnungen des Pentagons wird das amerikanische Programm für schnelle globale Angriffe mit Hyperschallwaffen es ermöglichen, innerhalb einer Stunde jedes Ziel überall auf der Welt zu treffen, ohne dass das Gebiet radioaktiv verseucht wird. Selbst im Falle eines nuklearen Konflikts kann das System Atomwaffen teilweise ersetzen und bis zu 30 % der Ziele treffen.

Somit haben Mitglieder des „Hyperschallclubs“ die Möglichkeit, die Zerstörung feindlicher kritischer Infrastruktur, beispielsweise Kraftwerke, Armeekontrollzentren, Militärstützpunkte, nahezu zu garantieren. große Städte und Industrieanlagen. Experten zufolge vergehen noch 10 bis 15 Jahre, bis die ersten Serienmuster von Hyperschallwaffen auf den Markt kommen. Es bleibt also noch Zeit, politische Vereinbarungen zur Begrenzung des Einsatzes solcher Waffen zu treffen lokale Konflikte. Wenn solche Vereinbarungen nicht zustande kommen, besteht ein hohes Risiko noch größerer humanitärer Katastrophen im Zusammenhang mit dem Einsatz neuer Waffen.

10-07-2015, 11:34

Was steckt hinter den Gerüchten über die Schaffung neuer supermächtiger Waffen in Russland?

Das militärische Analysezentrum Janes Information Group (USA) veröffentlichte einen Bericht über die erfolgreichen Tests des neuen Hyperschallflugzeugs Yu-71 (Yu-71 in englischer Transkription) durch Russland.

Die Tests wurden nach Angaben der Amerikaner bereits im Februar 2015 durchgeführt. Der Start erfolgte angeblich vom Testgelände Dombarovsky in der Nähe von Orenburg. Ihre Militäranalysten berichten streng geheim und chillen Informationen für den einfachen Mann.

Es wird berichtet, dass die Yu-71 Teil des russischen Geheimprojekts 4202 ist. Im Ausland wurde festgestellt, dass die Geschwindigkeit unserer Hyperschallrakete 11.200 km/h beträgt. Ein mit einer solchen Geschwindigkeit manövrierendes Objekt kann nicht abgeschossen werden – das Raketenabwehrsystem ist gegen solche Geschwindigkeiten machtlos. Darüber hinaus kann die Yu-71 einen Atomsprengkopf tragen.

Laut amerikanischen Analysten wird Russland bald in der Lage sein, hochpräzise Angriffe gegen ausgewählte Ziele durchzuführen. Darüber hinaus werden selbst die am besten geschützten von ihnen garantiert von einer Rakete getroffen. In den Vereinigten Staaten wird davon ausgegangen, dass innerhalb von 5 Jahren der Einsatz einer Gruppe russischer Hyperschallraketen in der Nähe von Orenburg im dort stationierten Dombarovsky-Regiment der Strategic Missile Forces und insgesamt von 2020 bis 2025 von 24 Kampffahrzeugen beginnen wird Das auf Basis der Yu-71 erstellte Flugzeug wird in Betrieb genommen. Aus dem Dokument geht auch hervor, dass Russland zu diesem Zeitpunkt eine neue schwere Interkontinentalrakete „Sarmat“ entwickelt haben wird, die die Yu-71 tragen kann.

Es wird argumentiert, dass Moskau Hyperschallwaffen benötigt, um in den Verhandlungen mit Washington Einfluss zu gewinnen und deren Wirksamkeit einzuschränken Amerikanisches System PROFI.

Vor der Veröffentlichung dieser Sensation wurde berichtet, dass das chinesische Militär auch (einen weiteren) erfolgreichen Test des Hyperschall-Kampfflugzeugs WU-14 durchgeführt habe, das in der Lage sei, das US-Raketenabwehrsystem zu durchbrechen und einen Atomschlag durchzuführen.

Generell wurden die Amerikaner von allen Seiten belagert: im Westen von China, im Osten und Norden von Russland. Und sie wollen eines: das amerikanische und europäische Raketenabwehrsystem wie Tuzik eine Wärmflasche auseinanderreißen, um alles vom Erdboden zu tilgen strategische Objekte Pentagon. Die Logik dieses Horrors ist einfach: Washington, gib uns neue Milliarden, um unsere eigenen Hyperschallraketen zu entwickeln, sonst bleiben wir unentdeckt, wie der biblische Adam.

In den Vereinigten Staaten wird an Hyperschallraketen mit nicht geringerer, wenn nicht größerer Intensität gearbeitet als in Russland und China zusammen. Und das mit sehr guter finanzieller Unterstützung.

Offenbar wurden keine bahnbrechenden Erfolge erzielt und die aus dem Haushalt vorgesehenen Milliardenbeträge sind bereits ausgegeben. Was soll ich machen? Wir müssen eine Horrorgeschichte ins Leben rufen und uns unbegrenzte Mittel sichern. Genau das wurde getan.

Die bloße Idee, Raketen zu entwickeln, die fünf- bis siebenmal oder sogar zehnmal schneller als die Schallgeschwindigkeit fliegen können, hat das Militär schon immer angezogen. Solche Geräte verfügen über eine so starke kinetische Energie, dass sie auch ohne Sprengkopf jedem feindlichen Objekt schwersten Schaden zufügen können. Und mit einem Atomsprengkopf...

Im Prinzip ist es nicht sehr schwierig, einen in eine erdnahe Umlaufbahn gestarteten Sprengkopf auf Hyperschall zu beschleunigen und nach unten zu richten. Das Problem liegt in der präzisen Führung, da es noch nicht möglich ist, ein Objekt zu kontrollieren, das sich mit einer Geschwindigkeit von über 10.000 km/h bewegt. Unter anderem, weil bei einer starken Änderung der geraden Flugbahn der Gefechtskopf aufgrund enormer Überlastungen einfach zusammenbrechen kann.

Aber ein funktionsfähiges Gerät zu bauen, das mit Überschallgeschwindigkeit fliegen und sogar in der Atmosphäre manövrieren kann, ist unglaublich schwierig.

Dabei geht es nicht nur um Überlastungen, sondern auch um die Besonderheiten der Kraftstoffverbrennung, enorme Luftreibung an der Oberfläche des fliegenden Fahrzeugs, Druckstöße auf verschiedene Oberflächen Hyperschall-Marschflugkörper.

Dennoch wird seit mehreren Jahrzehnten in diese Richtung gearbeitet.

Die UdSSR kam der praktischen Entwicklung einer Hyperschall-Marschflugrakete am nächsten. Das Hyperschall-Versuchsflugzeug (GELA) oder X-90 wurde Ende der 1980er Jahre am Raduga IKB entwickelt. Nach dem Zusammenbruch der UdSSR wurde das Projekt 1992 eingestellt. Später wurde der GELA-Apparat mehrmals auf der Luft- und Raumfahrtmesse MAKS in Schukowski gezeigt.

Es handelte sich konstruktionsbedingt um eine Marschflugrakete mit einem klappbaren Deltaflügel und einem Rumpf, der fast ausschließlich einem Staustrahltriebwerk gewidmet war. Mit einem Abschussgewicht von 15 Tonnen könnte die X-90-Rakete, wie ihre Entwickler behaupteten, auf eine Geschwindigkeit von mindestens M = 4,5 beschleunigen – das ist der Mindestwert des Hyperschalls. Verlässlichen, aber nie offiziell bestätigten Daten zufolge wurde die X-90-Rakete Ende der 1980er Jahre erfolgreich von einem Trägerflugzeug abgefeuert und erreichte ihre vorgesehene Geschwindigkeit. Allerdings wurde dieses Projekt anschließend nicht gefördert und das Thema Hypersound selbst blieb für mehr als 10 Jahre verschlossen.

In Übersee verlief die Entwicklung von Hyperschallflugzeugen parallel zu den Arbeiten in der Sowjetunion. Stimmt, ohne großen Erfolg. Das Boeing X-43-Projekt war ein Durchbruch. Äußerlich erinnerte das amerikanische Flugzeug ein wenig an die geschlossene sowjetische X-90. Im Jahr 2001 absolvierte diese Hyperschalldrohne ihren ersten Flug, der jedoch erfolglos blieb. Der zweite Flug verlief vermutlich reibungslos. Wir haben keine Supergeschwindigkeit erreicht, aber wir haben das Kontrollsystem ausgearbeitet. Doch beim dritten Start im November 2004 stellte die X-43-Drohne einen Rekord auf und beschleunigte auf eine Geschwindigkeit von 11.200 km/h. Das ist mehr als das, was unser X-90 erreicht hat.

Die Entwicklung des experimentellen X-43-Projekts in den Vereinigten Staaten war die X-51-Rakete. Sie ähnelt noch mehr unserer und nicht abgeschlossenes Projekt GELA. Es wird argumentiert, dass die X-51 eine der Hauptwaffen der amerikanischen strategischen Luftfahrt werden kann. Nach offiziellen Angaben soll die X-51-Rakete eine Fluggeschwindigkeit in der Größenordnung von M = 6-7 haben, was nahe an der langjährigen Leistung unserer X-90 liegt.

Experten zufolge reichen solche Geschwindigkeiten für den möglichen Einsatz von Raketen in einem schnellen globalen Angriffssystem aus. Im Jahr 2010 fand der erste Start und Flug der X-51 statt.